Zarządzanie azotem i fosforem na rzecz ochrony jakości wody

Transkrypt

Zarządzanie azotem i fosforem na rzecz ochrony jakości wody
Stefan Pietrzak
www.itp.edu.pl
Ogólnopolska Konferencja Upowszechnieniowo-Wdrożeniowa pn.: "Instytut Technologiczno-Przyrodniczy dla nauki, praktyki i doradztwa"; Warszawa:
CBR, 30 września 2015 r.
Wprowadzenie – zarys problemu
Prowadzenie działań mających na celu
ochronę wody przed zanieczyszczeniem
substancjami biogennymi rozpraszanymi ze
źródeł rolniczych, takimi jak azot i fosfor,
jest w Polsce formalno-prawną powinnością,
a jest zarazem realnie występującą potrzebą.
W porządku formalno-prawnym wymóg
prowadzenia działań w tym zakresie wynika
w szczególności z takich dokumentów, jak:
dyrektywa azotanowa; ramowa dyrektywa
wodna; dyrektywa ramowa w sprawie
strategii morskiej, Konwencja Helsińska.
Źródło: WWF Polska
http://naszbaltyk.com/aktualnosci/848-baltycki-okragly-stol.html
W dniu 20 listopada 2014 r. Trybunał Sprawiedliwości Unii Europejskiej (TSUE) orzekł sygn. akt C-356/13, że nie określając w wystarczający sposób wód, które mogą zostać
zanieczyszczone azotanami pochodzenia rolniczego, wyznaczając w sposób
niewystarczający strefy zagrożenia i przyjmując programy działania obejmujące środki
niezgodne z dyrektywą azotanową, Polska uchybiła zobowiązaniom spoczywającym na
niej na mocy tej dyrektywy.
Wprowadzenie – zarys problemu
W wyniku ustaleń kierownictwa resortu
środowiska i resortu rolnictwa i rozwoju wsi,
będących następstwem orzeczenia TSUE w
sprawie C-356/13, nastąpiła zmiana podejścia
do realizacji dyrektywy azotanowej w Polsce,
polegająca na wdrożeniu Programu działań na
terenie całego kraju, bez konieczności
wyznaczania OSN-ów. Program działań, który
będzie obowiązywał na terenie całego kraju,
zostanie wprowadzony rozporządzeniem Rady
Ministrów.
W celu prawidłowej realizacji polityki ochrony
jakości wody, w tym wymogu dyrektywy
azotanowej dotyczącego wdrożenia programu
działań, istnieje potrzeba wsparcia (m.in.
poprzez transfer wiedzy), działalności
ośrodków doradztwa rolniczego prowadzonej
na rzecz ograniczenia strat składników
nawozowych, a zwłaszcza azotu i fosforu na
poziomie gospodarstw rolnych.
Źródło: http://www.freefoto.com/
Obieg składników nawozowych w gospodarstwie rolnym
Straty azotu w gospodarstwie („nieszczelna rura”)
Gospodarstwo rolne
jest podstawową
jednostką
organizacyjną w
rolnictwie, w której
realizowany jest
proces produkcji
pasz, surowców do
przemysłu oraz
żywności.
Powietrze
NH3 N2O NOx N2
N - przychód
(np. nawozy,
pasze, itp.)
Otory w rurze
NO3 NH4 NO2 DON
N - rozchód
(np. zboże
mięso, itp.
Źródło: na podstawie: Davidson &
Mosier, 12th N Workshop, 2003
Woda
Proces ten angażuje duże ilości składników nawozowych, z których tylko część zostaje
przetworzona na produkty roślinne i zwierzęce. Część, która zostaje niewykorzystana w
produkcji rolnej ulega rozproszeniu w środowisku i między innymi przedostaje się do wód
powierzchniowych i podziemnych. Ładunek niewykorzystanych składników zwany
nadmiarem, nadwyżką albo stratami określa się na podstawie różnicy między ich ilością
wnoszoną do gospodarstwa i z niego wynoszoną.
Obieg składników nawozowych w gospodarstwie rolnym

Składniki nawozowe w gospodarstwie
rolnym przemieszczają sie w układzie:
gleba→roślina→zwierzę→gleba.
Rolnik powinien świadomie sterować
przepływem składników nawozowych
w gospodarstwie i kształtować go w
pożądanym kierunku. Takie działanie
określa się mianem zarządzania
składnikami nawozowymi (ang.
nutrient management).
Zakupione
pasze
Pasza
Pasza dla
zwierząt
Wiązanie N
przez rośliny
bobow ate
Gleba
Produkty
zwierzęce
Odchody
Ziemiopłody
Naw ozy
mineralne
Zwierzęta
Azot z naw ozów
naturalnych
dostępny dla roślin
Nawozy
naturalne
Zakupione
naw ozy naturalne
Straty z pól
Straty z nawozów naturalnych
podczas składowania
Straty
Model przepływu azotu w gospodarstwie prowadzącym chów bydła [Źródło: Kohn
Zarządzanie składnikami nawozowymi to nauka i praktyczne umiejętności zespalające takie
elementy, jak: gleba, rośliny uprawne, warunki pogodowe i hydrologiczne z praktykami
uprawowymi i irygacyjnymi oraz ochroną gleby i wody w celu optymalizacji wykorzystania
składników nawozowych, wydajności i jakości upraw oraz rentowności produkcji rolnej, przy
jednoczesnym ograniczeniu rozproszenia składników nawozowych mogących negatywnie
oddziaływać na środowisko [Źródło: Delgado J.A., Lemunyon J. 2006. Nutrient management. s. 1157-1160. Rattan Lal, Editor. Marcel Decker, New York.
Encyclopedia of Soil Science. ss. 1924].
i in., 1997]
Potencjalne możliwości zwiększenia wykorzystania azotu i fosforu w gospodarstwach poprzez poprawę
efektywności procesu przepływu tych składników między elementami łańcucha:
gleba→ziemiopłody→pasza→zwierzę→gleba, na przykładzie 4. gospodarstw zajmujących się
produkcją mleka na Podlasiu
EX × (1 − IM )
O
HF × (1 − EX )
=
(1 − IM )
I
IM +
− (1 − FP )× MS
HF × (1 − EX )× SH
FP +
Źródło: [Schröder i in., 2003]
Oznaczenia:
Symulowane wykorzystanie azotu i fosforu w zależności od zmiany
wartości wszystkich współczynników konwersji jednocześnie

SH, HF, FP i MS - współczynnikami
konwersji, wyrażają sprawność
(wydajność) procesu przemieszczania się
składników nawozowych wewnątrz
gospodarstwa;

IM i EX - parametry charakteryzujące w
liczbach względnych ilości składników,
odpowiednio wnoszone do gospodarstwa w
zakupionych paszach oraz wynoszone z
niego w sprzedanych produktach
roślinnych;

O/I - efektywność wykorzystania
składników nawozowych w całym
gospodarstwie;

O – rozchód składników nawozowych z
gospodarstwa, kg składnika·ha-1·rok-1;

I – przychód składników nawozowych do
gospodarstwa, kg składnika·ha-1·rok-1.
Wpływ poprawy wykorzystania N i P na nadmiar N i P
Przykład:
W przeciętnych gospodarstwach rolnych
specjalizujących się w produkcji mleka na
Podlasiu wykorzystanie azotu wynosi zaledwie
18,5%, a fosforu 26,7%, przy wielkości
nadwyżek odpowiednio - 131,3 kg N·ha-1 i 16,1
kg P·ha-1. Jeśliby w tych gospodarstwach
zwiększyć wykorzystanie azotu i fosforu do
wielkości, które Jarvis i Aarts [2000] uważają za
technicznie osiągalne tj. w kolejności do 36% i
100%, to zmniejszyłyby się generowane przez nie
nadmiary N i P, odpowiednio o 77,8 kg N·ha-1 i
16,1 kg P·ha-1. Gospodarstwa osiągnęłyby przez
to korzyści ekonomiczne, a zarazem znacznie
zmniejszyłby presję wywierana na środowisko
(w tym na jakość wody).
Źródło: Pietrzak, 2008
Potencjalne korzyści wynikające z poprawy wykorzystania N w skali kraju
Bilans azotu „na powierzchni pola” i
powierzchnia użytków rolnych w
Polsce (średnia z lat 2011-2013)
Źródło: Ochrona Środowiska 2014, 2014. Warszawa: GUS ss. 593 za : Kopiński
Źródło: Ochrona Środowiska 2014, 2014. Warszawa: GUS ss. 593
Potencjalne możliwości zmniejszenia nadmiaru azotu w rolnictwie polskim w wyniku
poprawy wykorzystania tego składnika (przy jednakowym przychodzie N)
¾
W wyniku zwiększenia wykorzystania azotu o 1%,
zmniejszy się nadmiar N w skali kraju o 24,7 tys.
ton N.
¾
Przeciętna cena 1 kg azotu (N) w stosowanych
nawozach azotowych wynosi ok. 3,39 zł (na
podstawie analizy cen rynkowych nawozów).
¾
Zawartość azotu w ziarnie zbóż wynosi
przeciętnie 1,8 kg N·dt-1, a w słomie 0,62 kg N·dt-1.
¾
Średnia (szacunkowa) cena zbóż w 2014 r. – ok.
520 zł za tonę.
Ekwiwalentem poprawy wykorzystania azotu w
rolnictwie o 1% jest:
¾
zmniejszenie kosztów poniesionych na zakup
mineralnych nawozów azotowych o 83,8 mln. zł.;
¾
zwiększenie zbiorów ziarna zbóż o 1,02 mln. ton;
¾
zwiększenie wartości wyprodukowanych zbóż o
530, 9 mln. zł.

Zarządzanie azotem i fosforem w gospodarstwie rolnym jest drogą do poprawy
efektywności wykorzystania tych składników w produkcji rolnej.

Poprawa efektywności wykorzystania składników nawozowych w gospodarstwie
rolnym = zmniejszenie zanieczyszczenia zasobów wodnych azotem i fosforem.
Fot: Z. Kowalewski

Zarządzanie składnikami na poziome gospodarstwa rolnego w praktyce odbywa się
przez wybór i zastosowanie konkretnych praktyk produkcyjnych. Wymaga ono
zrozumienia istoty obiegu składników nawozowych i jego uwarunkowań, kompetencji,
zdecydowania, precyzji działania i odpowiednich rozwiązań technologicznych.
Priorytetowe środki zaradcze w zakresie ograniczenia strat
azotu i fosforu z rolnictwa w aspekcie ochrony jakości wody
1.
2.
3.
Uprawa traw na gruntach ornych
Pokrywa roślinna gruntów ornych jesienią i zimą
Zarządzanie uprawą gleby
3.1. Zredukowanie uprawy płużnej
3.2. Przesunięcie uprawy płużnej z jesieni na wiosnę
4. Zarządzanie nawożeniem
4.1. Dostosowanie łącznie stosowanych dawek z nawozów mineralnych i naturalnych
4.2. Obliczanie bilansu składników nawozowych w gospodarstwie - i/lub na powierzchni pola
4.3. Unikanie stosowania nawozów mineralnych i naturalnych w okresach podwyższonego ryzyka
4.4. Nie stosowanie lub ograniczenie stosowania nawozów fosforowych na gleby o wysokiej zasobności w ten składnik
5. Ulepszone technologie stosowania nawozów naturalnych i mineralnych
5.1. Dawki dostosowane do miejsca (precyzyjne nawożenie oparte o system GPS)
5.2. Jednoczesny siew i nawożenie tą samą maszyną
5.3. Szybkie przykrycie glebą zastosowanych nawozów naturalnych i mineralnych za pomocą kultywatorów i bron talerzowych
5.4. Pasmowe i doglebowe wprowadzanie płynnych nawozów naturalnych
5.5. Roztrząsacze obornika z systemem rozdrabniania i rozrzucania obornika w kierunku wzdłużnym
5.6. Stosowanie nawozów naturalnych i emisja amoniaku – ogólne zalecenia
6. Unikanie stosowania nawozów mineralnych i naturalnych na obszarach wysokiego ryzyka
7. Środki mające na celu optymalizację pH gleby i poprawę struktury gleby (wapnowanie gleby)
8. Żywienie dostosowane do zapotrzebowania zwierząt
8.1. Żywienie fazowe
8.2. Zmniejszenie pobierania azotu i fosforu w paszy
8.3. Dodawanie fitazy do paszy
8.4. Żywienie na mokro i kontrolowana fermentacja pasz
9. Ograniczenia strat amoniaku w budynkach inwentarskich
10. Przechowywanie nawozów naturalnych
11. Tworzenie sztucznych mokradeł w celu przechwytywania składników nawozowych ze spływu powierzchniowego
11.1. Stawy sedymentacyjne
11.2. Sztuczne mokradła
12. Strefy buforowe wzdłuż zbiorników i cieków wodnych i podatnych na erozję pól
Środki zaradcze wyselekcjonowane w ramach projektu Baltic Compass
Źródło: Pietrzak, 2012
Produkcyjne i środowiskowe konsekwencje zakwaszenia gleb w Polsce
Współczynnik
utraty plonu w
zależności od
zakresu pH gleb
Źródło: Kopiński J, Nieróbca A., Ochal P., 2013 na podstawie Grzebisz i in., 2005
Produkcja roślinna potencjalnie utracona z powodu nieuregulowanego odczynu gleb, wynosi
rocznie średnio 4,3 j.zb.·ha–1 UR w dobrej kulturze [Kopiński, Nieróbca, Ochal, 2013]
Przyjmując założenia:
Źródło: Kopiński J, Nieróbca A., Ochal P., 2013.
Próba oceny wpływu warunków pogodowych i
zakwaszenia gleb w Polsce na kształtowanie
produkcyjności roślinnej. Woda-ŚrodowiskoObszary Wiejskie. T. 13. Z. 2 (42) s. 53–63
¾
jednostka zbożowa = 100 kg zboża (za jednostkę zbożową przyjmuje się przeciętną wartość energetyczną i białkową 100 kg zbóż);
¾
w 100 kg ziarna zbóż jest 1,8 kg N i 0, 35 kg P, stąd w uproszczeniu: 4,3 j.zb.·ha-1 zawiera 7,74 kg N·ha-1 i
1,634 kg P·ha-1;
¾
powierzchnia gruntów ornych będących w dobrej kulturze wynosiła w roku 2011 - 14,8 mln ha [MRiRW];
można obliczyć, że:
w Polsce z powodu nieuregulowanego odczynu gleb nie wykorzystuje się z jej zasobów 114,6 tys. ton azotu i 24,2
tys. ton fosforu rocznie – co przyczynia się do zanieczyszczenia zasobów wodnych
7. Programem Działań na rzecz Środowiska
(Environment Action Programme - EAP).
W listopadzie 2013 roku Parlament Europejski i Rada Unii Europejskiej przyjął
ogólno unijny programu działań w zakresie ochrony środowiska na okres do dnia
31 grudnia 2020, tj. 7. Program działań na rzecz środowiska. W programie
działań stwierdza się, że w celu ochrony, zachowania i zwiększenia kapitału
naturalnego Unii, 7. EAP powinien zapewnić do roku 2020 m.in. „zarządzanie
obiegiem substancji biogennych (azot i fosfor) w sposób bardziej zrównoważony i
zasobooszczędny” i że wymaga w szczególności m.in. „podjęcia dalszych kroków w
kierunku zmniejszenia emisji azotu i fosforu, w tym związanych ze ściekami
komunalnymi i przemysłowymi oraz ze stosowaniem nawozów, między innymi dzięki
lepszej kontroli u źródła, a także odzysku fosforu z odpadów”.
Źródło: Decyzja Parlamentu Europejskiego i Rady nr 1386/2013/UE z dnia 20 listopada 2013 r. w sprawie ogólnego unijnego programu działań w zakresie środowiska do 2020 r.
„Dobra jakość życia z uwzględnieniem ograniczeń naszej planety”. Dziennik Urzędowy Unii Europejskiej L 354/171
http://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=celex:32013D1386
Szkolenia dla doradców z ośrodków doradztwa rolniczego jako element
projektowanego Programu wieloletniego ITP na lata 2016-2020
Zadanie 6 w ramach PW2016-2010: Wspieranie działań na rzecz ochrony wód przed presjami
pochodzenia rolniczego.
Działania:

Przygotowanie materiałów szkoleniowych dla doradców.

Przeprowadzenie szkoleń dla doradców nt. ochrony jakości wody w aspekcie działalności
rolniczej w każdym z wojewódzkich ośrodków doradztwa rolniczego i udzielanie im wsparcia
eksperckiego.
Harmonogram szkoleń:

2017 r.: 1) Pomorski ODR w Gdańsku; 2) Zachodniopomorski ODR w Barzkowicach; 3)
Warmińsko-Mazurski ODR w Olsztynie; 4) Podlaski ODR w Szepietowie;

2018 r.: 1) Kujawsko-Pomorski ODR w Minikowie; 2) Mazowiecki ODR w Warszawie; 3)
Wielkopolski ODR w Poznaniu; 4) Lubuski ODR w Kalsku

2019 r.: 1) Dolnośląski ODR we Wrocławiu; 2) Lubelski ODR w Końskowoli; 3) Łódzki ODR w
Bratoszewicach; 4)Małopolski ODR w Karniowicach; 5) Opolski ODR w Łosiowie; 6)
Podkarpacki ODR w Boguchwale; 7) Śląski ODR w Częstochowie; 8) Świętokrzyski ODR w
Modliszewicach
Informacja o planowanych szkoleniach

Szkolenia dla doradców zostaną przeprowadzone w każdym z wojewódzkich ośrodków doradztwa
rolniczego. Każdorazowo będzie w nich uczestniczyć 15-20 wybranych doradców, a ponadto i inne
zainteresowane osoby. Realizacja serii szkoleń w danym roku poprzedzona będzie pracami
studialnymi nt. uwarunkowań produkcji rolnej i stanu jakości wód w województwach, w których będą
prowadzone szkolenia. W tym zakresie, w aspekcie potrzeb doradczych zostaną przygotowane
diagnozy oparte na takich elementach, jak: struktura gospodarstw, struktura użytkowania użytków
rolnych, rodzaje gleb, plony, poziom nawożenia, kierunki produkcji, liczba zwierząt, systemy
urzynania zwierząt, warunki klimatyczne, koncentracja związków azotu w wodach powierzchniowych
i podziemnych, stan eutrofizacji wód.

Przygotowanie materiałów szkoleniowych oparte będzie na szeroko zakrojonych pracach studialnych
obejmujących tematykę zanieczyszczenie wód związkami azotu i fosforu ze źródeł rolniczych oraz
metod przeciwdziałania zanieczyszczeniu wód substancjami biogennymi pochodzenia rolniczego.
Materiały szkoleniowe zostaną na początku przygotowane w wersji ramowej (ogólnej). Wersja ta
następnie będzie modyfikowana dla potrzeb każdego szkolenia, z uwzględnieniem materiałów
diagnostycznych opracowanych dla każdego z województw.

Zakłada się, że po każdym szkoleniu wyselekcjonowania zostanie grupa doradców, która będzie
prowadziła szkolenia dla rolników w poszczególnych województwach. Grapa ta zostanie objęta
bezpośrednim wsparciem ze strony wykonawców podzadania. Członkowie tej grupy będą otrzymywali
drogą elektroniczną materiały informacyjne, udzielane będą im konsultacje, a także w razie potrzeby
wykonawcy podzadania będą uczestniczyć na organizowanych przez nich szkoleniach dla rolników.
Dodatkową formą wsparcia dla doradców, będą artykuły przygotowywane i zamieszczane przez
wykonawców podzadania w biuletynach w wydawanych przez poszczególne wojewódzkie ośrodki
doradztwa rolniczego (posiadają dość duże nakłady).
Podsumowanie

Zarządzanie składnikami nawozowymi, a głównie azotem i fosforem jest
jednym z najważniejszych czynników warunkujących wyniki
produkcyjne gospodarstwa rolnego i jego wpływ na środowisko (jest
podstawowym elementem decydującym o efektywności wykorzystania
składników nawozowych i wielkości ich strat).

Strategia ochrony wód przed zanieczyszczeniem azotem i fosforem ze
źródeł rolniczych powinna być oparta na wdrożeniu dostosowanego do
uwarunkowań krajowych systemu zarządzania tymi składnikami w
gospodarstwach rolnych.

Istnieje potrzeba upowszechnienia nowoczesnego podejścia w zakresie
zarządzania składnikami nawozowymi wśród doradców i rolników.
Zadanie to powinno być podejmowane w szerszym zakresie przez
placówki naukowe.
Dziękuję za uwagę
Literatura dostępna u autora:
[email protected]